用于中子捕获治疗的射束整形体制造技术

一种用于中子捕获治疗的射束整形体，包括射束入口、靶材、邻接于靶材的缓速体、包围在缓速体外的反射体、与缓速体邻接的热中子吸收体、设置在射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，靶材与自射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成限定一根主轴的中子射束，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，缓速体的材料由含有MgF2和占有MgF2的重量百分比为0.1-5%的含有6LiF混合制成，经粉末烧结设备通过粉末烧结工艺由粉末或粉末压坯变成块，反射体将偏离主轴的中子导回主轴以提高超热中子射束强度，热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种射束整形体，尤其涉及一种用于中子捕获治疗的射束整形体。
技术介绍
随着原子科学的发展，例如钴六十、直线加速器、电子射束等放射线治疗已成为癌症治疗的主要手段之一。然而传统光子或电子治疗受到放射线本身物理条件的限制，在杀死肿瘤细胞的同时，也会对射束途径上大量的正常组织造成伤害；另外由于肿瘤细胞对放射线敏感程度的不同，传统放射治疗对于较具抗辐射性的恶性肿瘤（如：多行性胶质母细胞瘤（glioblastomamultiforme）、黑色素细胞瘤（melanoma））的治疗成效往往不佳。为了减少肿瘤周边正常组织的辐射伤害，化学治疗（chemotherapy）中的标靶治疗概念便被应用于放射线治疗中；而针对高抗辐射性的肿瘤细胞，目前也积极发展具有高相对生物效应（relativebiologicaleffectiveness,RBE）的辐射源，如质子治疗、重粒子治疗、中子捕获治疗等。其中，中子捕获治疗便是结合上述两种概念，如硼中子捕获治疗，借由含硼药物在肿瘤细胞的特异性集聚，配合精准的中子射束调控，提供比传统放射线更好的癌症治疗选择。硼中子捕获治疗（BoronNeutronCaptureTherapy,BNCT）是利用含硼（10B）药物对热中子具有高捕获截面的特性，借由10B(n,α)7Li中子捕获及核分裂反应产生4He和7Li两个重荷电粒子。参照图1和图2，其分别示出了硼中子捕获反应的示意图和10B(n,α)7Li中子捕获核反应方程式，两荷电粒子的平均能量约为2.33MeV，具有高线性转移(LinearEnergyTransfer,LET)、短射程特征，α粒子的线性能量转移与射程分别为150keV/μm、8μm，而7Li重荷粒子则为175keV/μm、5μm，两粒子的总射程约相当于一个细胞大小，因此对于生物体造成的辐射伤害能局限在细胞层级，当含硼药物选择性地聚集在肿瘤细胞中，搭配适当的中子射源，便能在不对正常组织造成太大伤害的前提下，达到局部杀死肿瘤细胞的目的。因硼中子捕获治疗的成效取决于肿瘤细胞位置含硼药物浓度和热中子数量，故又被称为二元放射线癌症治疗（binarycancertherapy）；由此可知，除了含硼药物的开发，中子射源通量与品质的改善在硼中子捕获治疗的研究中占有重要角色。
技术实现思路
为了改善中子射源的通量与品质，本专利技术的一个方面提供一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其包括射束入口、靶材、邻接于靶材的缓速体、包围在缓速体外的反射体、与缓速体邻接的热中子吸收体、设置在射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，靶材与自射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，中子形成中子射束，中子射束限定一根主轴，缓速体将自靶材产生的中子减速至超热中子能区，缓速体的材料由含有PbF4、Al2O3、AlF3、CaF2或MgF2中的一种或多种混合材料和占有含有PbF4、Al2O3、AlF3、CaF2或MgF2中的一种或多种混合材料的重量百分比为0.1-5%的含有6Li元素的材料混合制成，其中缓速体的材料经粉末烧结设备通过粉末烧结工艺由粉末或粉末压坯变成块，反射体将偏离主轴的中子导回主轴以提高超热中子射束强度，热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。射束整形体进一步用于加速器硼中子捕获治疗，加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，靶材由金属制成，质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与靶材发生核反应以产生中子，射束整形体能将中子缓速至超热中子能区，并降低热中子及快中子含量，超热中子能区在0.5eV到40keV之间，热中子能区小于0.5eV，快中子能区大于40keV，反射体由具有中子反射能力强的材料制成，热中子吸收体由与热中子作用截面大的材料制成。作为一种优选地，反射体由Pb或Ni中的至少一种制成，热中子吸收体由6Li制成，热中子吸收体和射束出口之间设有空气通道，辐射屏蔽包括由Pb制成的光子屏蔽和由PE制成的中子屏蔽。为了有效的对中子射束进行减速，一方面，作为一种优选地，缓速体设置成两个相反方向相互邻接的锥体状。进一步地，锥体状包括第一直径、第二直径和第三直径，第一直径长度为1cm-20cm，第二直径长度为30cm-100cm，第三直径长度为1cm-50cm，缓速体的材料的密度为理论密度的80%-100%。再进一步地，缓速体和反射体之间设置间隙通道以提高超热中子通量，缓速体的材料由含有MgF2粉末和占有MgF2粉末重量百分比为0.1-5%的6LiF粉末混合制成。另一方面，粉末烧结设备为热压烧结设备或放电等离子烧结设备，粉末烧结工艺为热压烧结工艺或放电等离子烧结工艺。优选地，热压烧结设备包括加热炉、置于加热炉内的加压装置、模具、装入模具内的粉末或粉末压坯和用于控制热压烧结设备正常工作的控制装置，热压烧结工艺包括如下步骤：用适量的粉末或粉末压坯填充模具；开启热压炉以预设压力和温度参数；移动加压装置对模具内的粉末或粉末压坯加压；控制装置控制热压烧结设备在正常工作的情形下；通电以烧结成块。作为另一种优选地，放电等离子烧结设备包括第一电极、第二电极、置于第一电极和第二电极之间的导电模具、给模具提供脉冲电流的脉冲电流发生器、带有用于加压的加压件的加压装置和用于控制脉冲电流发送器和加压装置的控制装置，第一电极和第二电极中的至少一个能够移动，第一电极和第二电极中的至少一个与加压装置相连从而能够加压置于模具内的粉末；放电等离子烧结工艺包括如下步骤：将适量的粉末填充模具；移动第二电极对模具内的粉末加压；通过控制装置打开脉冲电流发生器以将导电模具导电从而产生等离子体，粉末颗粒表面被活化和发热；烧结成块。放电等离子烧结设备进一步包括用于测量加压装置的位移的位移测量系统，用于控制模具内气氛的气氛控制系统，用于冷却的水冷系统，用于测量放电等离子烧结设备内的温度的温度测量装置，放电等离子烧结工艺进一步包括如下步骤：控制装置控制位移测量系统以确保位移测量系统正常工作，控制装置控制气氛控制系统以确保模具内气氛在正常工作的情形下，控制装置控制水冷系统以确保水冷系统正常工作，控制装置控制温度测量装置以确保放电等离子烧结设备内的温度在正常工作的情形下。本专利技术实施例中所述的“柱体”或“柱体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势基本不变的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆柱体状的对应的轮廓线，也可以是曲率较大的接近线段的圆弧，如曲率较大的球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆柱体状或曲率较大的球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。本专利技术实施例中所述的“锥体”或“锥体状”是指沿着图示方向的一侧到另一侧其外轮廓的整体趋势逐渐变小的结构，外轮廓的其中一条轮廓线可以是线段，如圆锥体状的对应的轮廓线，也可以是圆弧，如球面体状的对应的轮廓线，外轮廓的整个表面可以是圆滑过渡的，也可以是非圆滑过渡的，如在圆锥体状或球面体状的表面做了很多凸起和凹槽。附图说明图1是硼中子捕获反应示意图。图2是10B(n,α)7Li中子捕获核反应方程式。图3是本专利技术第一实施例中的用于中子捕获治疗的射束整形体的平面示意图，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体包括射束入口、靶材、邻接于所述靶材的缓速体、包围在所述缓速体外的反射体、与所述缓速体邻接的热中子吸收体、设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，所述靶材与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述中子形成中子射束，所述中子射束限定一根主轴，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述缓速体的材料由含有PbF4、Al2O3、AlF3、 CaF2或MgF2中的一种或多种混合材料和占有所述含有PbF4、Al2O3、AlF3、 CaF2或MgF2中的一种或多种混合材料的重量百分比为0.1‑5%的含有6Li元素的材料混合制成，其中所述缓速体的材料经粉末烧结设备通过粉末烧结工艺由粉末或粉末压坯变成块，所述反射体将偏离所述主轴的中子导回所述主轴以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。

【技术特征摘要】
1.一种用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体包括射束入口、靶材、邻接于所述靶材的缓速体、包围在所述缓速体外的反射体、与所述缓速体邻接的热中子吸收体、设置在所述射束整形体内的辐射屏蔽和射束出口，所述靶材与自所述射束入口入射的质子束发生核反应以产生中子，所述中子形成中子射束，所述中子射束限定一根主轴，所述缓速体将自所述靶材产生的中子减速至超热中子能区，所述缓速体的材料由含有PbF4、Al2O3、AlF3、CaF2或MgF2中的一种或多种混合材料和占有所述含有PbF4、Al2O3、AlF3、CaF2或MgF2中的一种或多种混合材料的重量百分比为0.1-5%的含有6Li元素的材料混合制成，其中所述缓速体的材料经粉末烧结设备通过粉末烧结工艺由粉末或粉末压坯变成块，所述反射体将偏离所述主轴的中子导回所述主轴以提高超热中子射束强度，所述热中子吸收体用于吸收热中子以避免治疗时与浅层正常组织造成过多剂量，所述辐射屏蔽用于屏蔽渗漏的中子和光子以减少非照射区的正常组织剂量。2.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述射束整形体进一步用于加速器硼中子捕获治疗，加速器硼中子捕获治疗通过加速器将质子束加速，所述靶材由金属制成，所述质子束加速至足以克服靶材原子核库伦斥力的能量，与所述靶材发生核反应以产生中子，所述射束整形体能将中子缓速至超热中子能区，并降低热中子及快中子含量，所述超热中子能区在0.5eV到40keV之间，所述热中子能区小于0.5eV，所述快中子能区大于40keV，所述反射体由具有中子反射能力强的材料制成，所述热中子吸收体由与热中子作用截面大的材料制成。3.根据权利要求2所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述反射体由Pb或Ni中的至少一种制成，所述热中子吸收体由6Li制成，所述热中子吸收体和所述射束出口之间设有空气通道，所述辐射屏蔽包括由Pb制成的光子屏蔽和由PE制成的中子屏蔽。4.根据权利要求1所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述缓速体设置成两个相反方向相互邻接的锥体状。5.根据权利要求4所述的用于中子捕获治疗的射束整形体，其特征在于：所述锥体状包括第一直径、第二直径和第三直径，所述第一直径长度为1cm-20cm，所述第二直径长度为30cm-100cm，所述第三直径长度为1cm-50cm，所述缓速体的材料的密度为理论密度的8...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘渊豪，陈韦霖，李珮仪，张敏娟，徐文玉，
申请(专利权)人：南京中硼联康医疗科技有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏;32